Önceki Çalışmalar

İstanbul Boğazı her ikisi de kapalı denizler olan Karadeniz ve Marmara Denizi’ni birbirine bağlayan bir kanaldır. İstanbul Boğazı önemli debilere sahip atıksu deşarjlarına maruz kalmaktadır. İstanbul Boğazı’ndaki iki tabakalı akım yapısının hidrodinamik karakteri üzerinde pek çok değişken etkili olmaktadır. Ayrıca Boğaz’ın bağlantılı olduğu denizlerin dinamikleri de İstanbul Boğazı hidrodinamiğini ve dolayısıyla deşarj edilen atıkların Boğaz’ın hidrodinamik yapısı içerisindeki dağılımını etkilemektedir. Aynı şekilde Boğazlar boyunca meydana gelen su kütlelerinin değişimi ile Marmara ve Karadeniz ekosistemleri de etkilenmektedir.

İstanbul Boğazı kıyılarındaki atıksu deşarjları Boğaz’ın alt tabakasına verilmekte ve alt akıntı ile Karadeniz’e taşınmaktadır. Bu atıksuların bir kısmı düşey türbülans nedeniyle üst tabaka akımına karışarak, Marmara Denizi’ne geri dönmektedir. İstanbul Boğazı’nda alıcı ortam modelleme çalışmaları oldukça uzun bir geçmişe dayanmaktadır. Akça vd. (1998) tarafından yapılan çalışmada İstanbul Boğazı ve Marmara Denizi için yapılan matematik modelleme çalışmaları incelenerek, İstanbul atıksu arıtma ve uzaklaştırma stratejileri açısından önem taşıyan konular değerlendirilmiştir. Çalışmada modelleme çalışmaları ile en olumlu, en olumsuz ve normal koşullar altında Boğaz’a yapılan deşarjların ne kadarının geri döneceği konusunda fikir sahibi olunabilmesinin önemli bir kazanım olduğu sonucuna varılmıştır. Yine Akça vd. (1998) modelleme çalışmalarını inceledikleri çalışmada normal koşullarda Boğaz’a Kadıköy’den yapılan deşarjların %15’inin, Riva’dan yapılan deşarjların ise %11’inin geri döndüğünü bildirmişlerdir. DHI tarafından 1993 yılında geliştirilen modele göre Kadıköy ve Yenikapı’dan deşarj edilen atıksuların %13-15’i Marmara Denizi’ne dönmektedir (Akça vd., 1998).

Karadeniz’den gelen kirlilik yükleri ve Marmara-Karadeniz etkileşimi de İstanbul Boğazı’ndaki su kalitesi üzerinde belirleyici rol oynamaktadır. Dünyanın en büyük iç denizi olan Karadeniz anoksik bir su kütlesi konumundadır. Sularının %87-90’ı oksijenden yoksundur. Karadeniz sularının Boğaz yoluyla yenilenmesi zayıf ve içsel karışımın da az olması nedeniyle Karadeniz suyunun yenilenme süresi bin yıla yakın bir zaman almaktadır (Maderich ve Konstantinov, 2002). Karadeniz önemli boyuttaki bir kirlenme sorunu ile karşı karşıyadır. Karadeniz’e kıyısı olan ülkeler kirlenmenin önüne geçilmesi amacıyla bir araya

gelerek çeşitli çalışmalar başlatmışlardır. Bu kapsamda önemli miktarda veri toplanmış ve toplanmaktadır. Sarıkaya vd. (1998) Karadeniz’e kıyısı olan altı ülkeden toplanan verilere göre toplam evsel, endüstriyel ve nehir kaynaklı kirlenmeyi, temel kirletici yükler olan BOİ5,

TAKM, Toplam Azot (TN) ve Toplam Fosfor (TP) parametreleri cinsinden değerlendirmiş ve dağılımlarını Çizelge 4.1’deki gibi vermişlerdir.

Çizelge 4.1 Kirlilik yüklerinin dağılımı (Tüm Ülkeler), Sarıkaya vd., (1998)

Bileşen _{(t/yıl) (%)} BOİ5 _{(t/yıl) (%)} TAKM

Toplam N (t/yıl) Toplam İnorg. N (t/yıl) Toplam P (t/yıl) Evsel+End. 150,78 14.3 358,008 0.7 167.23 - 8.68 18.3 Ulusal Nehirler 55,32 5.3 5,494,408 10 49.53 11.77 4.95 10.4 Uluslararası Nehirler 844,77 80.4 48.855.000 89.3 386.64 33.93 33.78 71.3 TOPLAM 1,050,87 100 54.707.416 100 603.64 45.70 47.41 100

Çizelge 4.1’den görüldüğü gibi toplam kirliliğin en önemli bölümü nehirler tarafından Karadeniz’e taşınmaktadır. Karadeniz’e boşalan akarsulardan Tuna Nehri en büyük debiye sahiptir. Dolayısıyla Karadeniz’e akarsularla taşınan kirlilikten büyük oranda Tuna sorumludur. Tuna Nehri’nin yıllık ortalama debisi 4000-9000 m3/s arasındadır (Alpar ve Yüce, 1998). Diğer önemli nehirler ise debileri Tuna’nın yaklaşık üçte biri kadar olan Dinyeper ve Dinyester nehirleridir. Karadeniz’e Türkiye kıyılarından boşalan nehirlerin debileri ise, 100-600 m3/s arasındadır. Altı ülkenin Karadeniz’e kıyısı olmakla birlikte bu nehirleri içerisinden geçtiği onbir ülkeden Karadeniz’e kirlilik ulaşmaktadır. Avrupa kıtasında oluşan kirliliğin yaklaşık olarak üçte birinin Karadeniz’e ulaştığı tahmin edilmektedir. Karadeniz’e Türkiye’den deşarj edilen kirlilik daha çok evsel kökenlidir.

Karadeniz’e gelen toplam yağ kirliliği 110.840 t/yıl olarak tahmin edilmektedir. Bunun 57.404 t/yıllık kısmı Karadeniz’e kıyısı olan ülkelerden deşarj edilirken, kaza sonucu yağ dökülmesi 136 t/yıl olarak geçmiş yılların ortalaması alınarak hesaplanmış ve gemilerden kaçak olarak yapılan deşarjlar dâhil edilmemiştir (Sarıkaya vd., 1998).

Boğazlar yoluyla Karadeniz ve Marmara Denizi arasındaki kirlilik değişimi Çizelge 4.2’deki gibi verilmiştir (Polat ve Tuğrul, 1995).

Çizelge 4.2 İstanbul Boğazı-Karadeniz arasında kirlilik değişimi, Polat ve Tuğrul, (1995). Toplam N (t/yıl) Toplam P (t/yıl) TOK (ton/yıl) Marmara Denizi’ne 190,000 12,000 1,520,000 Karadeniz’e 60,000 10,000 350,000

Özsoy vd. (1998b) tarafından 1991-1993 yılları arasında yürütülen çalışmalarda, İstanbul Boğazı’nın normal iki tabakalı akımında ve tabakalardan birinin bloke olduğu aşırı durumu da içermek üzere, deşarj davranışlarını tanımlayan deneyler yapılmıştır. Deneylerde içerisine iz maddesi olarak Rhodamine boya katılmış atıksuyun dispersiyonu izlenmiştir. Boğaz’ın alt, üst ve ara tabakalarına ait dispersiyon katsayıları hesaplanmıştır. Sonuçlar Çizelge 4.3’de gösterilmiştir (Özsoy vd., 1998b).

Çizelge 4.3 Üç tabakalı sistemde Rhodamine boya konsantrasyonları, Özsoy vd., (1998b) Deney

Tarihi

Deney Tipi Maksimum Orta Tabaka Ortalaması

Maksimum Ölçülen Dispersiyon Katsayısı ü. t. o. t. a. t. ü. t. o. t. a. t. E (ppb) (ppb) (ppb) (ppb) (ppb) (ppb) (m2/s) 08/1992 Ani 0.16 0.63 52.3 0.75 0.68 81.6 171 09/1992 Sürekli 0.29 0.41 3.80 0.75 0.46 10.2 205 04/1993 Ani 0.18 0.92 21.0 1.45 5.76 63.8 90 11/1993 Ani 0.38 1.56 78.9 0.55 4.92 109.1 138

ü. t.: üst tabaka, o. t. : orta tabaka, a. t.: alt tabaka.

İstanbul Boğazı’ndaki hidrodinamik yapı ilk olarak Sümer ve Bakioğlu (1982) tarafından analitik bir model ile benzeştirilmiştir. Bu modelde araştırmacılar ara tabaka ve taban sürtünmelerini dikkate almışlardır. Saha verileri ile yaptıkları karşılaştırmalardan model sonuçlarının saha verileri ile oldukça iyi bir uyum gösterdiği sonucuna varmışlardır. Bu ilk model ara tabaka eğimini oldukça iyi tahmin etmektedir. Daha sonra Sözer ve Özsoy (2002), İstanbul Boğazı’nın hidrodinamik yapısını üç boyutlu olarak modellemişlerdir. 3 boyutlu bir model olan SCRUM’ı kullanılarak serbest yüzey dinamikleri kadar, karışım, adveksiyon ve eddy difüzyonu parametrelerinin de farklı değerlerinde çalışmışlardır. İdealize edilmiş geometrik ve hidrografik koşullar altında açık sınır şartlarının ve karışım parametrelerinin seçimine bağlı olarak boğaz akımının gösterdiği davranışları gözlemlemişlerdir. Araştırmacılar açık sınır şartlarının seçiminin net akım doğrultusuna bağlı olduğu ve modellemede büyük özen gerektirdiği sonucuna varmışlardır. Etkili parametreler olarak, net su bütçesi, basınç ve rüzgâr kabarmasının dikkate alındığı bu modelde bloke olmuş akım

şartlarında akım doğrultuları da benzeştirilebilmiştir. Bu üç boyutlu model çalışmasında yatay ve düşey doğrultularda Laplace Difüzyonu kabulü yapılmış ve izleyiciler ve momentum için difüzyon katsayılarının Kh=150-350 m2/s, Kv=10-6-10-3 m2/s arasındaki değerleri ile

çalışılmıştır. Tüm benzetimlerde, stabilite şartının sağlanabilmesi için zaman adımı, baroklinik modda ∆t=5 s. ve barotropik modda ise bunun 1/20’si kadar alınmıştır. Model davranışını test etmek için çeşitli başlangıç ve sınır şartları için denemeler yapılmıştır. Bu çalışma sonucunda momentum ve izleyiciler için difüzyon katsayısı değerleri, Kh=250 m2/s,

Kv=10-4 m2/s olarak elde edilmiştir.

Karadeniz ve Marmara Denizi’ni birbirine bağlayan ve aralarındaki su alışverişini sağlayan konumu ile İstanbul Boğazı bu denizlerin biyojeokimyasal özelliklerinin de etkisi altındadır. Yılmaz (2002) Türkiye denizlerinin biyojeokimyasal yapısını incelemiştir. Karadeniz’in yüzeydeki oksijenli tabakasının hemen altındaki derin basen suları sürekli oksijensizdir ve tabana doğru artan yüksek derişimlerde hidrojen sülfür (H2S) içermektedir (Murray vd, 1989;

1995; Codispoti vd., 1991; Tuğrul vd., 1992; Saydam vd., 1993) . Karadeniz’de dikey karışımlar haloklinin üst sınırına kadar etkili olduğundan oksijenli yüzey tabakasından sülfürlü derin sulara Çözünmüş Oksijen (ÇO) taşınımı çok sınırlı olmaktadır. Karadeniz’de kıyısal alanlarda nehir girdilerine (Cociasu vd., 1996; 1997; Tuncer vd., 1998) paralel olarak düşey ve yatay taşınım mekanizmaları ile sedimandan olan girdiler besin tuzlarına kaynak oluşturmaktadır. Karadeniz’de birincil üretim yıl boyunca ilkbahar ve sonbaharda olmak üzere iki kez pik değerlere ulaşmaktadır (Vedernikov ve Demidov, 1993). Son 10-15 yıldır ayrıca yaz fitoplankton patlamaları ve yüksek düzeyde birincil üretim hem kıyılarda hem de açık Karadeniz sularında gözlenmiştir (Hay vd., 1990; Yılmaz vd., 1998a; 1998b).